تقویت مکانیسم‌های دفاعی گیاه گوجه‌فرنگی به کمک رشد اندوفیتی قارچ‌های Metarhizium anisopliae و Beauveria bassiana: رویکردی جدید برای کنترل بیولوژیک Tuta absoluta

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1476-25IPPC
نویسندگان
1گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد
2دانشگاه فردوسی
3گروه بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی
4گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
گیاهان از سیستم‌های دفاعی پیچیده در زمان تعامل با میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا برای حفظ ایمنی خود استفاده می‌کنند. ممکن است گیاه خطرات ناشی از بیمارگرهای گیاهی و گیاه‌خواران را در زمان شناسایی آن‌ها با ایجاد مسیری از واکنش‌های مؤثر در بافت‌های خود، کنترل کند. در این مطالعه، رشد سیستماتیک دو قارچ بیمارگر حشرات Metarhizium anisopliae و Beauveria bassiana به عنوان اندوفیت در بافت‌های مختلف گیاه گوجه‌فرنگی با روش اسپری‌کردن و به کمک روش کمی واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (qPCR) مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، پاسخ سیستم ایمنی گیاه گوجه‌فرنگی در حضور و غیاب این اندوفیت‌ها به گیاه‌خوار Tuta absoluta با استفاده از Real-time PCR ارزیابی شد. در آزمایش اول، هر دو قارچ افزایش قابل‌توجهی را در کلونیزاسیون بافت‌های مختلف گوجه‌فرنگی بین14 الی 28 روز پس از تلقیح نشان دادند. این افزایش غلظت ابتدا در برگ‌ها و سپس ساقه‌ها و ریشه‌های گیاه گوجه‌فرنگی مشاهده شد. علاوه بر این، بیشترین غلظت قارچ در بافت‌های گوجه‌فرنگی کلونیزه شده توسط M. anisopliae به‌عنوان اندوفیت مشاهده شد. در این مطالعه، ما برای اولین‌بار مشاهده کردیم که تلقیح با قارچ‌های M. anisopliae و یا B. bassiana به طور قابل توجهی الگوی بیان ژن TGA، ERF و PR-10 را در مسیر هورمون‌های گیاه گوجه‌فرنگی پس از گیاه‌خواری به وسیله شب‌پره مینوز گوجه‌فرنگی را در مقایسه با گیاه‌های فاقد قارچ اندوفیت فعال کرد. علاوه بر این، پس از گیاه‌خواری، گیاه‌های کلونیزه شده با قارچ بیمارگر حشرات القای قوی P450 را در مسیر فنیل پروپانوئید، به همراه سایر ژن های مرتبط با دفاع مانند WIP، nsLTP و PRODH در مقایسه با گوجه‌فرنگی‌های بدون اندوفیت نشان دادند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از M. anisopliae و B. bassiana در استراتژی‌های مدیریت آفات گوجه‌فرنگی می‌تواند وابستگی به آفت‌کش‌های شیمیایی را کاهش دهد و رویکردی پایدارتر و سازگارتر با محیط‌زیست در کشاورزی را ترویج کند. این مطالعه می‌تواند مقدمه ای بر استفاده بیشتر از قارچ‌های اندوفیت در کنترل بیولوژیکی فراهم کند و به طور بالقوه این مزایا را به سایر محصولات کشاورزی و چالش‌های آفات در سیستم های کشاورزی گسترش دهد.
کلیدواژه ها
 
Title
Enhancing Tomato Defense Mechanisms Through Endophytic Colonization by Metarhizium anisopliae and Beauveria bassiana: A Novel Approach to Biological Control Against Tuta absoluta
Authors
Sepideh Ghaffari, Javad Karimi, Alireza Seifi, Monireh Cheniany
Abstract
When plants interact with microbes, they use complex defense systems to maintain their safety. A plant may efficiently control the risks posed by phytopathogens and herbivores by triggering a cascade of effective reactions across its tissues when it recognizes them. In this study, the systematic growth of two entomopathogenic fungi, Metarhizium anisopliae and Beauveria bassiana, as endophytes in different tomato plant tissues with spraying method was evaluated using quantitative real-time PCR (qPCR). Moreover, the response of tomato plant immune responses in the presence and absence of this endophyte to Tuta absoluta herbivory was assessed using Real-time PCR. In the first experiment, both fungi demonstrated a notable increase in the colonization of various tomato tissues between 14 and 28 days post-inoculation, with this increase in concentration appearing initially in the leaves, followed by the stems and roots of the host plant. In addition, the highest fungal concentration was observed in tomato tissues colonized by M. anisopliae as an endophyte. In this study, we discovered for the first time that pre-inoculation with M. anisopliae or B. bassiana significantly activated TGA, ERF, and PR-10, gene expression pattern in the phytohormone pathways of tomatoes after a tomato leaf miner herbivory, compared to infested plants grown in the absence of the fungus. Additionally, after herbivory, tomato-colonized plants exhibited a strong induction of P450 in the phenylpropanoid pathway, along with other defense-related genes, such as WIP, nsLTP, and PRODH, compared to tomatoes without endophytes. These findings suggest that integrating M. anisopliae and B. bassiana into tomato pest management strategies can reduce reliance on chemical pesticides, promoting a more sustainable and environmentally friendly approach to agriculture. This study provides a precedent for further exploration of endophytic fungi in biological control, potentially extending these benefits to other crops and pest challenges in agricultural systems.
Keywords
Insect pathology, microbial control, entomopathogenic fungi, immune response, Real-time PCR, tomato leaf miner